JP2000249962A - 光偏向装置 - Google Patents

光偏向装置

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JP2000249962A
JP2000249962A JP11050335A JP5033599A JP2000249962A JP 2000249962 A JP2000249962 A JP 2000249962A JP 11050335 A JP11050335 A JP 11050335A JP 5033599 A JP5033599 A JP 5033599A JP 2000249962 A JP2000249962 A JP 2000249962A
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mirror
magnet
light
coil
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JP11050335A
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Takaaki Kurosawa
高昭 黒澤
Hiroshi Kobayashi
浩志 小林
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超高速ポリゴンモータにおいてモータの回転
時に発する電磁力音の低減をはかる。 【解決手段】 固定ベース板上にはプリント基板3上に
実装したマグネットコイル4とホール素子51とを設
け、ポリゴンミラーを支持して高速回転するミラーユニ
ットにはマグネットコイル4に対向してトルク発生用の
永久磁石が固設され、マグネットコイル4とホール素子
51と永久磁石とで構成されるポリゴンモータを備えた
光偏向装置において、ホール素子51はマグネットコイ
ル4の中央位置よりミラーユニットの回転に対し、上流
側に電気角として5°〜30°の間に実装する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザプリ
ンタ、バーコードリーダ、レーザ複写機等に用いられる
ポリゴンミラーを有する光偏向装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザプリンタ等の画像記録装置におい
ては、その画像の書き込み手段として読み取った情報を
基にレーザ光を光偏向装置の高速回転するポリゴンミラ
ー(回転多面鏡)に入光させ、反射光を走査させて感光
体面に投影して画像記録を行っている。図10はポリゴ
ンミラーの光偏向装置を用いたビーム走査光学装置の一
実施の形態を示す斜視図である。
【0003】図において、80は半導体レーザ、81は
ビーム整形用光学系のコリメータレンズ、82は第1シ
リンドリカルレンズ、83はポリゴンミラー、84A、
84Bはfθレンズ、85は第2シリンドリカルレン
ズ、86は第3ミラー、87はカバーガラス、88は感
光体ドラムをそれぞれ示している。なお、89はタイミ
ング検出用のインデックスミラー、89Sは同期検知用
インデックスのインデックスセンサ、83Mは光偏向装
置のポリゴンミラー83の回転駆動部である。
【0004】半導体レーザ80から出射したビーム光
は、コリメータレンズ81により平行光となり、第1結
像光学系の第1シリンドリカルレンズ82を経て、等速
で高速回転するポリゴンミラー83のミラー面に入射す
る。この反射光はfθレンズ84A、84B、第2シリ
ンドリカルレンズ85から成る第2結像光学系を透過
し、第3ミラー86、カバーガラス87を介して感光体
ドラム88の周面上に所定のスポット径で(主)走査が
行われる。主走査方向は図示しない調整機構によって微
調整がなされ、1ライン毎の同期検知は、走査開始前の
ビームをインデックスミラー89を介してインデックス
センサ89Sに入射することによって行われる。
【0005】かかるビーム走査光学装置で、感光体ドラ
ム88上で良好な潜像を得るには、高速回転するポリゴ
ンミラーが高精度の正多角形をなす多面鏡に作成されて
いて、回転軸に対して傾きなく、かつ軸方向への位置ず
れがなく回転することが求められる。
【0006】ポリゴンミラーは、高速回転の場合には空
気ベアリングを用いて高速回転することがなされてい
る。即ち、回転するミラーユニットにはポリゴンミラー
を取り付け、ミラーユニットの外筒軸受と、固定した内
筒軸受との間で高速で回転するようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 かかる光偏向装置
では固定ベース板にはプリント基板上に実装したマグネ
ットコイルとホール素子とを設け、ポリゴンミラーを支
持して高速回転するミラーユニットにはマグネットコイ
ルに対向してトルク発生用の永久磁石を固設していて、
マグネットコイルの中央位置に設けたホール素子は対向
して回転する永久磁石から着磁パターンを認識してポジ
ション信号とスピード信号とを出力し、マグネットコイ
ルと永久磁石とで構成されるポリゴンモータのマグネッ
トコイルへの通電制御を行って高速回転がなされてい
る。
【0008】かかる構成のポリゴンモータは、本発明者
等の検討によれば超高速回転の場合にはマグネットコイ
ルに流れる電流が急激に流れると、ポリゴンモータの駆
動回転時の電磁力音を増大させることを発見した。本発
明の第1の目的はマグネットコイルへの急激な電流の流
れによる電磁力音を低減し、ポリゴンモータの駆動回転
時の騒音を低減した光偏向装置を提供することにある。
【0009】 光偏向装置では前記の如く正多面鏡の
ポリゴンミラーを高速回転させ、ポリゴンミラーの面に
よって走査を行っている。この際ポリゴンミラーのうち
どのミラーが走査を行う反射面として作動しているかを
示すミラー面位相の検知が行われている。ミラー面位相
の検知を行う手段として従来図9に示すような手段が用
いられて来た。
【0010】図9(a)はその一例を示すもので、回転
体であるポリゴンミラーと共に回転するミラーユニット
にミラー面位相検知用のマークを設け、駆動用コイル基
板とは別にフォトセンサ基板を設け、フォトセンサ基板
上に設けたフォトセンサによってマークを検知してミラ
ー面位相を検知している。かかる手段によるミラー面位
相の検知では、回転するミラーユニットに対向して別に
フォトセンサ基板を設ける必要があり、光偏向装置を大
型化することとなっていた。
【0011】図9(b)は他の一例を示すもので、ポリ
ゴンミラーと共に回転するミラーユニットにミラー面位
相検出用の磁石を設け、この磁石に対向した位置に磁気
センサ(ホール素子)を設けてミラー面位相の検知を行
っている。かかる手段によるミラー面位相の検知では、
高速回転するミラーユニットにかかる磁石を追加して設
置することにより、バランスが変動し、回転に安定性を
失うこととなる。
【0012】本発明の第2の目的は、装置が小型化して
しかもバランスが安定して高速回転することを可能とし
た光偏向装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】 本発明の第1の目的
は、マグネットコイルと、前記マグネットコイル内に配
置された永久磁石の着磁パターンを検出する検出手段
と、前記永久磁石とポリゴンミラーとを有し、回転する
ミラーユニットと、を有し、前記検出手段により検出さ
れた信号に基づいて、前記ミラーユニットの回転制御を
行う光偏向装置において、前記検出手段の設置位置は、
前記マグネットコイルの回路基板内にあって、前記マグ
ネットコイルの中心位置より回転方向上流側に電気角と
して5°〜30°の間にずらして配置したことを特徴と
する光偏向装置(第1発明)により達成される。
【0014】 本発明の第2の目的は、コイル基板上
に設けた駆動用マグネットコイルと、前記マグネットコ
イルに対向した駆動用の永久磁石とポリゴンミラーとを
有して回転するミラーユニットとよりなる光偏向装置に
おいて、前記永久磁石の一部に光反射率の異なる検知マ
ークを設け、前記検知マークを検知してミラー面位相を
検知する光検知手段を前記マグネットコイルの内側に設
けたことを特徴とする光偏向装置(第2発明)により達
成される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明は第1発明と第2発
明とによりなるものであるが、両発明に共通とする光偏
向装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】図1は光偏向装置の断面図である。この実
施の形態の光偏向装置1は、例えば図10のビーム走査
光学装置に組み込まれて、レーザ光をポリゴンミラー1
6の回転により偏向するものであり、ベース板2により
装置側に固定される。
【0017】フランジ15はアルミや鉄を材料とし、円
筒部15bの端部には円板部15aが設けられていて、
円板部15aのミラー搭載の基準面15a1にポリゴン
ミラー16の一端面16aを当接し、ミラー押さえ板6
との間には弾性部材20を介して一体回転可能に組み付
けられている。このフランジ15の円筒部15bは外筒
軸受12bに焼きばめ等の手段により接合されて一体化
してミラーユニット100が形成される。
【0018】このミラーユニット100を上下の下スラ
スト軸受10と上スラスト軸受11と内筒軸受12aと
の間に介在させて、ベース板2の軸部2aに挿着し、プ
レート13を介してねじ14を軸部2aに螺着して取り
付けられる。
【0019】ベース板2には固定ヨーク50が設けら
れ、さらにマグネットコイル4を取り付けたプリント基
板3が設けられている。このマグネットコイル4に対向
してトルク発生用の永久磁石5が配置され、この永久磁
石5は円盤状のミラー押さえ板6に形成された凹部6a
に接着剤を介して設けられ、以上の配置関係によってポ
リゴンモータを構成している。
【0020】回転軸12は、内筒軸受12aと外筒軸受
12bとから構成され、内筒軸受12aに対して外筒軸
受12bが回動可能になっており、外筒軸受12bにフ
ランジ15が円筒部15bによって接合状態となってい
る。なお、この実施の形態では、軸受構造が下スラスト
軸受10、上スラスト軸受11、内筒軸受12a、外筒
軸受12bとから成る動圧軸受構造であって、動圧発生
溝が下スラスト軸受面と内筒軸受12aの外周面の両方
あるいはどちらか一方に設けられている。
【0021】フランジ15の円筒部15bは回転軸12
の外筒軸受12bに接合することによって接合強度が向
上し、更に円筒部12bの外周をポリゴンミラー16の
回転中心軸の取り付け基準とすることによって、ポリゴ
ンミラー16の軸中心精度が向上するよう構成されてい
る。
【0022】フランジ15の円筒部15bを回転軸12
の外筒軸受12bへの接合は好ましくは焼ばめであり、
その他の圧入手段による接合であってもよい。かかる接
合はポリゴンミラー16の取り付け時の倒れ角を解消
し、軸心に対する精度をより確実に出すことができる。
【0023】また作製に当たっては、フランジ15と外
筒軸受12bとの接合後に、円板部15aにポリゴンミ
ラー16を取り付けるためのミラー搭載の基準面15a
1を切削加工し、フランジ15の円筒部15bにポリゴ
ンミラー16を挿着してポリゴンミラー16の一端面1
6aを基準面15a1に当接させることがなされてい
る。
【0024】ポリゴンミラー16の他端面16bとミラ
ー押さえ板6との間には板ばね等の弾性部材20を介在
させ、フランジ15の円筒部15bの端面とミラー押さ
え板6とをねじ等の締結部材21により締付固定して、
弾性部材20によるポリゴンミラー16の押さえ力を安
定させ、ポリゴンミラー16は歪ませることなくミラー
固定がなされている。
【0025】以上説明した構成の光偏向装置について、
ポリゴンモータ部分について更に詳しく説明する。
【0026】図2(a)はプリント基板3上に設けたマ
グネットコイル4の配置関係を示す平面図で、図2
(b)は高速回転するミラー押さえ板6に固定した永久
磁石5の平面図を示している。本実施の形態においては
図2(a)に示す如く、6組のマグネットコイル4が同
一円上に等配され、マグネットコイル4a1,4a2が
対向して位置し、同じくマグネットコイル4b1,4b
2、マグネットコイル4c1,4c2がそれぞれ対向し
て位置している。またマグネットコイル4a1,4b
1,4c1内にはそれぞれ直上を通過する永久磁石の着
磁状態を検出するホール素子51が設けられ3個のホー
ル素子からの検出信号に基づいてミラーユニットの回転
速度や位置の情報を得るようにされており、すなわちこ
のホール素子はスピードセンサとポジションセンサ手段
としての機能を有している。またマグネットコイル4に
対向して図2(b)に示すように同一円上に4極対8極
の磁極をもった永久磁石5が設けられている。
【0027】図3はポリゴンモータのモータ駆動の基本
回路を示している。図2(a)において対向したマグネ
ットコイル(4a1,4a2)、(4b1,4b2)、
(4c1,4c2)をそれぞれシリーズに接続し、接続
した3本は一点に結線し、他端の端子はドライバのU,
V,Wにおいてそれぞれ接続している。3個のホール素
子51は対向して位置した永久磁石5のN,S極からの
磁界の変化を検知し、アナログ信号を出力する。3個の
ホール素子51からのアナログの出力信号は51aにて
デジタル変換しH又はLの信号を出力し、一方にはスピ
ード信号としてPAM(パルス振幅変調)回路に入力し
て電源電圧(24V)からの電圧の変動を行い、他方に
はポジション信号としてゲート・ドライバに入力し、制
御部はポジション信号にもとづいてドライバのスイッチ
ングトランジスタTr1,Tr2,Tr3,Tr4,T
r5,Tr6のON/OFFの作動を行う。いま例えば
Tr3をON、Tr5をONとするときは端子(U−
V)間の接続、即ちマグネットコイル4a1,4a2,
4b1,4b2への通電が行われる。
【0028】本実施の形態では6組のマグネットコイル
4と4極対の永久磁石5から成っていて、ミラーユニッ
ト100の1回転中に24回の通電の切替え、即ち1/
4回転中に6回の通電の切替えが行われる。例えば1回
転中に(U−V),(U−W),(V−W),
(V−U),(W−U),(W−V)の〜の通
電の切替えが4回繰返して行われる。上記の通電の切替
えはスイッチングトランジスタTr1,Tr2,Tr3
のON/OFFとスイッチングトランジスタTr4,T
r5,Tr6のON/OFFの組合わせとその切替えに
よって行われる。以上の基本回路をもって超高速回転を
行うポリゴンミラーの回転制御は、ホール素子51によ
る磁界変動の検知に基づいて行われる。
【0029】(実施の形態1・第1発明)本発明の光偏
向装置は、マグネットコイル4a1,4b1,4c1の
内部に配置するホール素子51の実装位置をマグネット
コイルの中心位置より回転方向上流側に電気角として5
°〜30°の間にずらして配置し、高速回転時の電磁力
音の低減を可能としている。以下、本発明について詳し
く説明する。
【0030】図4は図3に示したモータ駆動の基本回路
でU,V,W端子における電圧の状態と、特にU端子に
注目したときのU端子を流れる電流iuを示している。
図4(a)はマグネットコイル4a1,4a2;4b
1,4b2;4c1,4c2上を通過する永久磁石5に
よって励起される逆起電圧の状態を示している。図4
(b)にはマグネットコイルの中心位置にホール素子5
1を配置したときのホール素子51からの出力に基づい
てスイッチングトランジスタが作動して印加されるU,
V,W端子部における駆動電圧の状態を示している。図
4(c)は(a)(b)に示した電圧の状況下にあって
端子Uを流れる電流iuの電流波形を示している。この
電流波形を観察すると、電流の立ち下がり部分に急激な
大電流が流れている。本発明者らの検討によれば、この
急激な電流の流れが電磁力音と大きく関連し、この急激
な電流の流れの部分を低減することによって、騒音も同
時に低減することが判明した。本発明はこの電流の立ち
下がり時の急激な電流の流れの部分を低減させて騒音の
低減を可能としたもので、図5の説明図を用いて説明す
る。
【0031】図5(a)は図4(c)の点線で囲んだ電
流iuの電流波形部分を示している。
【0032】ホール素子51がマグネットコイルの中心
位置にあって、逆起電圧に対して駆動電圧のずれのない
状態にあっては、駆動電流の立ち下がり時に急激な電流
が流れることを示している。この電流波形をみると、立
ち上がり部分についてはコイルのL成分によって電流は
急激に流れることができないで肩部分が丸みをもった波
形をなしているが、立ち下がり部分では駆動側で補って
いた電圧差分が一気にコイルに流れて高く尖った波形を
示す。この波形部分は騒音の原因となるところで、騒音
に効いてくるこの電流の流れは駆動電圧と逆起電圧の電
圧差によって決まる。
【0033】図5(b)はホール素子51をマグネット
コイルの中心位置から回転の上流側にずらして駆動電圧
の作動を早めた状態を示している。駆動電圧の作動を早
めることによって、駆動電流の立ち上がりは少し早く立
ち上がり肩部の丸み部分は小さくなる形状を示し、立ち
下がり時の波形は駆動電圧と逆起電圧との電圧差が小さ
くなることによって、図5(a)に較べて尖った部分も
低くなり穏やかな電流の流れとなって、電磁力音も低減
する。本発明者らの検討によれば、ホール素子51の設
置位置を、図2(a)に示すマグネットコイル4a1,
4b1,4c1の中心位置より回転方向上流側に電気角
として5°〜30°の間にずらして配置し、駆動電圧の
作動を早めることによって、電磁力音を大幅に低減する
ことに成功した。図6はホール素子51のマグネットコ
イル4a1(4b1,4c1)内での実装状態を示して
いる。
【0034】ここで電気角とは電気的の1周期(360
°)に対しての角度であって、6組のマグネットコイル
と8極の磁極を有した本実施形態で説明した3相駆動の
ポリゴンモータにあっては4周期でミラーユニットは1
回転するので、(機械的な角度)=(電気角)/4の関
係にある。また、9組のマグネットコイルと12極の磁
極を有した3相駆動のポリゴンモータにあっては6周期
でミラーユニットは1回転するので、(機械的な角度)
=(電気角)/6の関係にある。
【0035】図7はホール素子51の検出位置と騒音の
関係を示すグラフである。所定の環境下において、ホー
ル素子51をマグネットコイル4a1,4b1,4c1
のそれぞれの中心位置より回転方向上流側にずらした電
気角と騒音の関係を示したもので、電気角として5°〜
30°の間にずらすのが適当である。ホール素子51の
設置位置を回転方向上流側にずらす電気角が5°に満た
ないときは電磁力音の低減は殆ど認められない。またホ
ール素子51の設置位置が回転方向上流側に30°を越
した時は騒音の増加も認められるが、併せて電気的な効
率が低下するため、マグネットコイルに流す電流は多く
の電流を流すことが必要となり、ポリゴンモータの回転
は不安定となり好ましくない。
【0036】(実施の形態2・第2発明)本発明の光偏
向装置は、駆動用の永久磁石5の一部に磁石表面とは光
反射率の異なった検知マーク61を設け、この検知マー
ク61を検知してミラー面位相の検知を行う光検知手段
としてフォトセンサ70をマグネットコイル4の内側に
設けてミラー面位相の検知を行うようにしたもので、従
来技術と較べてフォトセンサ基板を削除して小型化する
ことに成功し(図9(a)参照)、ミラーユニットに取
り付けたミラー面位相の検出用磁石を除去することによ
って回転バランスの安定化を確保している(図9(b)
参照)。
【0037】本発明の実施の形態について説明する。図
2(b)に示すように永久磁石5の表面に周囲とは光反
射率の異なった黒体スプレーによってマーキングして検
知用の検知マーク61を設けている。検知マーク61は
スプレー以外に塗布、張り付け等によって形成したもの
であっても差し支えない。
【0038】プリント基板3上にあって図2(a)に示
す如くマグネットコイル4の内側に設けたフォトセンサ
70は発光素子71と受光素子72とにより成るフォト
カプラで、発光素子71からの発光によって永久磁石5
の表面の照射を行い、受光素子72はこの反射光を受光
し反射光量の光量差によって検知マーク61の検知を行
い、この検知に基づいてミラー面位相の検知を行うこと
がなされている。
【0039】図8(a)はフォトセンサ70の回路図で
ある。発光素子71としては発光ダイオード等が用いら
れ、可変抵抗71aを調整することによって発光光量が
調整されるようになっている。また回路中にはトランジ
スタ71bを設けて、ポリゴンモータの回転開始と同期
して発光素子71の点灯がなされるようになっている。
【0040】また受光素子72としてはフォトトランジ
スタやフォトダイオードが用いられ、可変抵抗72aに
よって検知感度の調整がなされるようになっていて、永
久磁石5表面の反射光が受光され、信号出力がなされ
る。図8(b)はI/V変換された信号出力の1例を示
したもので、永久磁石5表面部分の反射光による出力が
5Vであるのに対して、検知マーク61部分での反射光
による出力は0Vであって、両者の電圧差によって検知
マーク61の通過を検知し、これによりミラー面位相の
検知がなされるようになっている。
【0041】かかる構成となっていて、ポリゴンモータ
の回転スタート信号と同期してフォトセンサ70はON
の状態となるのでフォトセンサ70に対する電源投入総
時間が短縮されてセンサの長寿命化が可能となる。また
フォトセンサ70の発光光量や感度はボリュームによっ
て調整がなされるので、フォトセンサ70の性能が劣化
することがあっても劣化に対する補正がなされることと
なって、検知不良という問題が解消する。
【0042】
【発明の効果】第1発明(請求項1)によるときは、マ
グネットコイルへの電流の流れが穏やかになり電磁力音
が低減して、回転時の騒音が極めて低い光偏向装置が提
供されることとなった。
【0043】第2発明(請求項2)によるときは、回転
する永久磁石にマーキングし、プリント基板上のマグネ
ットコイルの内側にミラー面位相検知用の光検知手段を
設けることにより、小型化してかつバランスの変動要因
を減らした光偏向装置が提供されることとなった。ま
た、回転時のみのフォトセンサの発光素子、使用による
寿命劣化軽減の効果も生じることとなった。(請求項
3,4)
【図面の簡単な説明】
【図1】光偏向装置の断面図。
【図2】マグネットコイル及び永久磁石の平面図。
【図3】モータ駆動の基本回路図。
【図4】端子部における電圧と電流の状態図。
【図5】電圧と電流波形を示す説明図。
【図6】ホール素子の実装状態を示す説明図。
【図7】ホール素子の検出位置と騒音の関係を示すグラ
フ。
【図8】フォトセンサの回路図及び出力を示す説明図。
【図9】従来のミラー面位相検知手段を示す断面図。
【図10】ビーム走査光学装置の斜視図。
【符号の説明】
1 光偏向装置 2 ベース板 3 プリント基板 4 マグネットコイル 5 永久磁石 6 ミラー押さえ板 12 回転軸 15 フランジ 16 ポリゴンミラー 51 ホール素子 61 検知マーク 70 フォトセンサ 71 発光素子 72 受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 21/24 H02K 29/10 5H611 29/08 B41J 3/00 D 5H621 29/10 H02K 11/00 B H04N 1/113 H04N 1/04 104A Fターム(参考) 2C362 BA08 BA12 BA33 DA08 DA23 2H045 AA07 AA14 AA15 AA24 5C072 AA03 DA04 DA21 DA23 HB15 MA04 UA20 XA01 XA05 5H019 AA06 AA07 BB01 BB02 BB05 BB08 BB15 BB20 CC02 CC08 CC09 DD01 EE07 FF03 5H607 AA00 AA04 BB01 BB13 CC01 CC05 CC07 CC09 DD01 DD02 DD03 DD08 DD16 FF12 GG01 GG02 GG09 GG12 HH01 HH03 HH08 HH09 JJ05 JJ08 5H611 AA01 BB01 BB07 PP05 QQ03 RR02 TT01 UA01 UA04 5H621 AA04 BB07 GB03 HH01 JK08 JK14 JK19

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネットコイルと、 前記マグネットコイル内に配置された永久磁石の着磁パ
    ターンを検出する検出手段と、 前記永久磁石とポリゴンミラーとを有し、回転するミラ
    ーユニットと、を有し、前記検出手段により検出された
    信号に基づいて、前記ミラーユニットの回転制御を行う
    光偏向装置において、 前記検出手段の設置位置は、前記マグネットコイルの回
    路基板内にあって、前記マグネットコイルの中心位置よ
    り回転方向上流側に電気角として5°〜30°の間にず
    らして配置したことを特徴とする光偏向装置。
  2. 【請求項2】 コイル基板上に設けた駆動用マグネット
    コイルと、 前記マグネットコイルに対向した駆動用の永久磁石とポ
    リゴンミラーとを有して回転するミラーユニットとより
    なる光偏向装置において、 前記永久磁石の一部に光反射率の異なる検知マークを設
    け、 前記検知マークを検知してミラー面位相を検知する光検
    知手段を前記マグネットコイルの内側に設けたことを特
    徴とする光偏向装置。
  3. 【請求項3】 前記光検知手段は前記ミラーユニットの
    回転開始と同期して検知を開始することを特徴とする請
    求項2に記載の光偏向装置。
  4. 【請求項4】 前記光検知手段は照射光量及び/又は検
    知感度の調整を可能としたことを特徴とする請求項2又
    は3に記載の光偏向装置。
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